MAPK信号转导通路与疼痛敏化调控研究进展.pdf

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1、MAPKMAPK 信号转导通路与疼痛敏化调控研究进展信号转导通路与疼痛敏化调控研究进展广东省中医院麻醉科（广州市，510120）项红兵 招伟贤华中科技大学同济医学院附属同济医院麻醉科（武汉市，430030）董航摘要 疼痛敏化调控的细胞机制尚未阐明。丝裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinases，MAPK)家族是将胞外刺激信号转换至胞核内产生转录和翻译后效应的细胞信息传递的共同通路之一，其在疼痛敏化调控的病理生理变化中起了重要作用。关键词 MAPK；疼痛在疼痛传递调制过程中细胞外伤害性感受信号向胞核内转导信息时，需要细胞内信 号分 子的参 与，丝裂 原活 化

2、蛋白 激酶(mitogen activated proteinkinases，MAPK)级联效应是细胞内主要的共同信号转导系统。近年来，有关对慢性疼痛的信号转导通路和细胞内信号分子的研究取得了一定的进展，本文就MAPK 信号转导通路及其在疼痛敏化调控中的作用作一综述。1 MAPK1 MAPK 信号转导通路信号转导通路丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，能够将胞外刺激信号转导成胞内的转录和翻译后效应。MAPK 信号转导通路采用高度保守的三级激酶级联传递信号：细胞外刺激通过某些环节使MAPKKK(MAPK kinasekinase)激活，转而激活 MAPKK(MAPK k

3、inase)，然后通过双位点即苏氨酸和酪氨酸同时磷酸化激活 MAPK(见图 1)。激活的 MAPK 可通过磷酸化转录因子、细胞骨架相关蛋白、酶类等多种底物来调节包括疼痛敏化在内的多种病理生理过程。MAPK 家族包括胞外信号调节蛋白激酶(extracellular signal-regulatedkinase,ERK)、p38MAPK（其命名缘于该物质克隆编码是由 360 个氨基酸组成的38KD 蛋白）、c-Jun 氨基末端激酶/应激激活蛋白激酶(JNK/SAPK)和 ERK5。目前在疼痛领域对 MAPK 信号转导通路研究最多的是:(1)ERK 通路,ERK 能被膜去极化和 Ca2+内流所激活,

4、能被其上游激酶MEK 即 MAPK/ERK 激酶,为 MAPKK 之一种所激活,ERK 涉及到神经元可塑性，如长时程增强(LTP)、学习和记忆,已知生理和病理性 ERK 活动依赖性激活发生在 CNS 中，特别是海马中。(2)p38 MAPK激活通路，外周炎症和神经断离能诱发 DRG 神经元 p38MAPK 激活，伤害感受神经元中 MAPK 激活通过转录依赖和非转录依赖方式参与痛觉过敏的产生。2 ERK2 ERK 信号通路与疼痛敏化调控信号通路与疼痛敏化调控在疼痛敏化过程中,神经元的可塑性发生在初级传入神经元和脊髓背角神经元中。因适应外周组织的伤害性刺激和外周组织的电刺激，背根神经节(DRG)和

5、背角神经元中 ERK 发生磷酸化，即伤害感受神经元中 ERK 活动依赖性激活；另外，外周炎症和神经断离后这些伤害感受神经元中 ERK 被激活，通过关键基因产物的转录调节导致持续炎症和神经病理性疼痛。2.12.1 伤害性刺激后伤害性刺激后 DRGDRG 神经元中神经元中 ERKERK 激活激活背根神经节(DRG)是许多伤害性刺激传入的通道,与疼痛相关的许多受体、离子通道以及信号转导分子都存在于 DRG。当前许多焦点集中在疼痛传递调制过程中初级传入神经元的信号传导机制。以往认为炎性介质如 PGE2、5-HT、肾上腺素和神经生长因子(NGF)，在初级传入神经元中通过激活蛋白激酶 A(PKA)或 PK

6、C来产生痛敏。最近研究已经显示，ERK 级联反应发生于肾上腺素引发的痛敏，Ras-MEK-ERK-CREB(cAMP 反应元件结合蛋白)通路不依赖 PKA 或 PKC 而被激活。将 NGF 注入外周组织，能增加 p-ERK（磷酸化的 ERK）标记的酪氨酸（trkA）阳性 DRG 神经元。然而只有少数信号传导研究涉及到初级传入神经元的活动依赖性研究。已经证实，在外周组织的伤害性刺激或外周神经的电刺激过程中初级传入神经元(DRG 神经元)中 ERK 的活动依赖性激活,一种 MEK 抑制剂 U0126 能剂量依赖性减轻辣椒素注射后的热痛敏。这些结果表明，DRG 神经元中 ERK 通路的激活参与了急性

7、疼痛条件下外周敏化。另外，有害刺激后 DRG 神经元中 ERK 的磷酸化对于检测每个神经元中各种疼痛相关分子的激活状态是有价值的。2.2 ERK2.2 ERK 激活和激活和 DRGDRG 神经元中基因表达神经元中基因表达ERK 通路与神经营养因子依赖的外周神经元生长和分化有联系，目前对其了解较为翔实。例如对于 NGF、trkA 的高亲和力受体，通过至少 6 种不同通路发出信号，其中MAPK 通路是主要的（即ERK 通路）。在这个通路中，激活的受体引起GTP 锚定，从而激活小 G 蛋白 Ras。反过来，Ras-GTP 循环三级酶链反应即 MAPK激酶激酶（Raf）、MEK 磷酸化、使 ERK 磷

8、酸化并激活。炎症和神经损伤导致 DRG神经元中基因转录和蛋白合成的改变，例如炎症后脑源性神经营养因子（BDNF）已知在 trkA 表达的小型和中型 DRG 神经元中合成增加，相反神经损伤后增加的BDNF 是发生在解剖学上的中到大型 DRG 神经元。最近显示：外周炎症和坐骨神经损伤后ERK激活能调节初级传入神经元中BDNF的表达，注射弗氏完全佐剂(CFA)1d 后外周炎症引起 ERK 磷酸化增加，主要发生在有 trkA 表达的小型和中型 DRG神经元中。用 MEK 抑制剂 U0126 治疗能逆转 CFA 注射引发的痛敏和 DRG 神经元中p-ERK 和 BDNF 的增加。相反，神经损伤后3、7、

9、14d，神经断离主要引起中到大型 DRG 神经元和卫星状胶质细胞中 ERK 激活。U0126 能抑制神经断离后引发的自残行为并逆转 p-ERK 和 BDNF 的增加。为了阐明内源性 NGF 的改变是否触发 p-ERK和 BDNF 表达的变化与外周炎症和神经断离术后所见的一致，有研究尝试了在大鼠鞘内注射重组 hNGF 和抗 NGF 物质。在这个实验中，鞘内应用 NGF 引起了 p-ERK和 BDNF 标记细胞的增加，且主要是在小直径的神经元中；而应用抗 NGF，引起p-ERK 和 BDNF 的增加，发生在中至大直径的 DRG 神经元中。这些发现表明：外周炎症和神经断离后初级传入纤维中 ERK 激

10、活发生在 DRG 神经元的类型中，通过改变靶源性 NGF，促进持续炎症和神经病理痛的发生，通过 BDNF 表达的转录调控 p38 激活和 DRG 神经元的基因表达。2.3 ERK2.3 ERK 激活和脊髓背角神经元中基因表达激活和脊髓背角神经元中基因表达最近，一些研究表明：ERK 在一种特征性的慢性疼痛状态即持续性痛敏（对热、机械刺激发生痛觉过敏）发挥作用。角叉菜胶、完全弗氏佐剂注入爪部引发炎症后能导致持续的炎性痛敏，脊髓背角神经元 ERK 能被上述刺激磷酸化，其炎性痛敏能被 ERK 抑制剂所激活。另有研究表明，急性伤害性刺激如福尔马林或辣椒素，能引起脊髓 ERK 的磷酸化，一种 MEK 抑制

11、剂 PD98059 能减少皮下注射福尔马林所引起的急性痛反应，这表明在急性（3060min 短时间）伤害性感受过程中 ERK 存在非转录机制角色。ERK 不仅通过非转录过程产生短时程功能变化，也通过增加基因转录产生长时程适应性变化。例如激活的 ERK 从胞浆移位到核内，激活 RsK2，接着将丝氨酸 133 中的转录因子 CREB（环磷腺苷反应元件结合蛋白）磷酸化。CREB 磷酸化后与 DNA 上启动子区域中的 cAMP（环磷腺苷）反应元件位点结合，进而启动基因转录，这表明实际上是外周炎症和神经损伤导致背角神经元中 CREB 的磷酸化。然而，除了即刻早期基因如 c-fos 外，通过 ERK 调节

12、的特异靶基因还不十分清楚。Ji 等最近证实背角神经元中 ERK 的激活促进持续的炎性痛，是通过强啡肽原和神经激肽-1（NK-1）的转录调制。3 p38MAPK3 p38MAPK 信号通路与疼痛敏化调控信号通路与疼痛敏化调控3.13.1 伤害性刺激后伤害性刺激后 DRGDRG 神经元中神经元中 p38p38 激活激活作为一种通过单独胞内级联反应而运转的 MAPK，p38 是参与胞内炎症和凋亡等应激反应的介质。最近证实，瞬时型感受器电位离子通道（TRPV1），以前称为Vanilloid 受体 1（VR1），受到 DRG 神经元中 NGF 引起的 p38MAPK 通路的激活所调节，Deleroix

13、等研究表明：在 CFA 所致炎性痛大鼠模型中，NGF 在炎性组织中表达，沿外周神经末梢逆行转运至 DRG 内细胞体，NGF 激活胞体内的 p38MAPK，后者可增加 VR1 的蛋白表达，而增加的 VR1 顺行转运至外周末端伤害感受器，增加对热的敏感性。而以上过程则能被 p38MAPK 的特异性阻断剂 SB203580 阻断，鞘内注射了 SB203580 的大鼠对伤害性热刺激的痛敏降低，而对伤害性机械刺激的痛敏则无变化，同时 SB203580 对炎性肿胀亦无影响。上述实验结果证实，炎性痛过程中，NGF 激活 p38MAPK 导致 VR1 蛋白表达增加是维持炎性热痛觉过敏的一条重要通道。另外，Ji

14、 等研究也显示，DRG 中 p38MAPK 的激活需要 NGF 引起的TRPV1 表达的增加，有助于炎性痛敏的维持。最近报告表明，外周炎症和神经离断引起小型 DRG 神经元中 p38 激活。一种p38 抑制剂 SB203580 能降低炎症引起的热痛敏和 L5 脊神经结扎引起的机械性感觉异常。考虑到外周炎症和神经离断术后 p38 激活发生在不同的 DRG 神经元群，p38 有可能在不同介质和病理条件下引起的疼痛状态中担任不同的角色。3.23.2 神经胶质细胞中神经胶质细胞中 p38MAPKp38MAPK 激活激活神经胶质细胞参与大脑的免疫调节，是中枢神经系统中炎性介质如 iNOS 和TNF-产生

15、的重要源泉之一，有报道 p38 MAPK 通路参与诱导星形胶质细胞中iNOS 和 TNF-的产生，p38 MAPK 在介导细胞炎性介质的释放中发挥重要的作用(见图 1)。图 1p38 MAPK 介导的细胞炎性介质的释放脊髓胶质细胞(包括小胶质细胞和星形胶质细胞)的激活参与了疼痛发病机制。胶质细胞释放的前炎因子产生了痛敏，外周炎症、神经损伤和癌模型中脊髓小胶质细胞和星形胶质细胞被激活。磷酸化的 p38MAPK（p-p38MAPK）存在于脊髓非神经细胞中，外周炎症仅引起 p-p38MAPK 水平的中度增加，而外周神经离断在脊髓小胶质细胞中引起 p38MAPK 激活。p38MAPK 抑制剂通过阻滞

16、p38MAPK 激活能减少坐骨神经炎性痛模型中炎症引起的痛觉过敏和痛感觉异常。Tsuda 等研究发现，脊神经损伤的同侧脊髓背角 p-p38MAPK 免疫荧光水平和蛋白水平均明显增加，在背角小胶质细胞中发现有 p-p38MAPK 免疫荧光，而神经元和星形胶质细胞中则未发现；损伤同侧脊髓单个高活性小胶质细胞中 p-p38MAPK 免疫荧光水平远远高于对侧静止期小胶质细胞p-p38 荧光水平，鞘内注射p38MAPK 抑制剂SB203580 能阻止神经损伤引起的触痛异常的进一步发展，这些结果证实：神经损伤引起的疼痛高敏反应依赖于脊髓背角高活性小胶质细胞中 p38MAPK 信号通路的激活。此外，外周神经离断后引起DRG 神经元周围的卫星状胶质细胞中p38MAPK 激活，这些发现强调了 DRG 以及外周神经离断后脊髓中胶质细胞和胶质细胞-神经元相互作用的重要性。4 4 结语结语在背根神经节和脊髓背角神经元伤害感受引起可塑性的产生和维持过程中，MAPK 信号转导通路的激活有重要角色，不仅增加基因转录，而且引起靶蛋白的翻译后调制，这些研究结果给我们了解疼痛敏化条件下细胞/分子机制提供了新方法。另外，MAPK 信号转导通路有众多路径，在疼痛敏化调控过程中提供了多个层面发挥拮抗疼痛作用的位点。因此有理由相信在初级传入纤维和脊髓背角的MAPK 信号转导通路上可能存在从药理学上干预疼痛而提供的潜在靶点。